專利名稱：同時加熱材料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用激光束并按照基本成平面的加熱輪廓的任何形狀同時加熱材料的方法和裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，借助激光束加熱材料是為了材料成形，例如是為了焊接、釬焊、切割等等。還知道了借助激光如在激光透射法里使塑料相互連接。借助紅外射線(IR)的激光透射法使得待焊接部件里的不同吸收能量被用于焊接?？拷す庠吹纳蠈硬考试S激光束透過，而下層部件是能吸收激光束的，因而在焊接點上由于下層部件被加熱而使這兩個構(gòu)件熔化并在施壓作用下被壓接在一起。借助激光束，可以進行尤其是針對微型機械構(gòu)件的精密高精度焊接。有利地在整個焊接線上同時進行焊接，從而在一次照射過程中就使整個基本成平面的焊接輪廓被加熱并使構(gòu)件相互焊接。這樣一來，就能在焊接時跨接構(gòu)件之間的氣隙并使不平度得到補償。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的任務(wù)是提出一種方法和裝置，在此能借助激光束并按照任意的加熱線輪廓形狀來同時加熱材料，尤其是焊接塑料構(gòu)件。
按照本發(fā)明，該任務(wù)通過按照獨立權(quán)利要求所述的方法和按照獨立裝置權(quán)利要求所述的裝置來完成，其它的有利實施方案見各自相關(guān)的從屬權(quán)利要求。
按照此方法，激光束借助光學(xué)元件沿縱向在端側(cè)被耦合輸入一個傳導(dǎo)紅外射線的管的壁里，該管在輸出側(cè)對應(yīng)于輪廓地變形，輸出的激光束接著借助聚焦透鏡被投影在加熱平面上。借助薄壁管出現(xiàn)射束成形，該管不僅作為光導(dǎo)和輻射變換器，而且也作為光強度均化裝置。為此，該薄壁管的兩端被精拋光，以保證激光束的無損失耦合輸入和輸出。導(dǎo)光管的圓周對應(yīng)于所希望的整個加熱輪廓長度，因而實現(xiàn)了大多閉合的加熱輪廓。管在其一側(cè)最好保持其圓形。這一側(cè)用作光耦合輸入接口區(qū)。管的另一側(cè)按構(gòu)件規(guī)格來成形，以便產(chǎn)生所希望的輪廓。這一側(cè)的成形可以通過不同的方式方法來實現(xiàn)，其中一種方法是例如用熱空氣加熱塑料管，使塑料稍稍軟化并接著用成型輔助工具成形出所希望的輪廓構(gòu)造。另一種成形則是借助注塑模進行制造。通常所有保證上述功能的材料如塑料、玻璃和基于玻璃的模具都是適用的。
為了能夠使光束均勻地耦合輸入，最好可以使激光束變形成環(huán)狀。此時，環(huán)的圓周應(yīng)該對應(yīng)于塑料管的圓周。
更為有利的是，借助軸向錐體透鏡實現(xiàn)呈環(huán)形的激光束。該透鏡將激光轉(zhuǎn)變成環(huán)形并借助一個緊接著的聚焦透鏡清晰地聚焦到導(dǎo)光管的橫斷面上。因而就能使激光能量無損失地耦合輸入導(dǎo)光管里。
例如可能從光導(dǎo)纖維里出來的激光束通過一個聚焦透鏡被對準(zhǔn)到軸向錐體透鏡上。若激光從導(dǎo)光管另一側(cè)出來，則以較大的發(fā)散角射出。由于在塑料管出口和加熱平面之間有一個不可減少的距離，因而輸出圖形更有利地又借助一個聚焦的透鏡被精確投影在加熱平面上。因此，在管端側(cè)和構(gòu)件之間得到了想要的工作間距。光束強度的均勻化通過管的長度來改善。管的長度本身能可變化地選擇。
通過本發(fā)明，在作為光學(xué)模具地制造這樣的導(dǎo)光管時獲得了高度的靈活性。環(huán)形激光束的形成和環(huán)形圓周的改變都能比較簡單地實現(xiàn)，因此制造這樣一整套裝置的成本不大并因而很有利。
該技術(shù)設(shè)備還允許實現(xiàn)塑料構(gòu)件的同時焊接，其中，可以從一個點發(fā)出愈來愈高的激光功率的先進技術(shù)裝備是有利的。在這里，纖維激光器提供一個小的聚焦光點，其大小為6-50μm。該激光器的光功率可以從幾瓦至幾千瓦，因此，本發(fā)明的技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。


以下，結(jié)合焊接塑料構(gòu)件時的實施例并根據(jù)附圖來原則上示出和說明本發(fā)明。附圖所示為圖1整個裝置的透視圖；圖2從導(dǎo)光管端至焊接構(gòu)件的局部放大圖；圖3具有各個輻射錐體的光路圖。
具體實施例方式
圖1表示一個光學(xué)纖維1，從光學(xué)纖維里出來的激光束12經(jīng)過一個聚焦的透鏡2對準(zhǔn)一個軸向錐體透鏡或者圓錐透鏡3。軸向錐體透鏡3使激光束變形，如圖3所示，因而形成錐形光路。在下一個聚焦的透鏡4上產(chǎn)生的環(huán)被聚焦到導(dǎo)光管的端側(cè)圓端部13上并在那里進入壁板里。不言而喻，由透鏡4形成的環(huán)必然與管5的外形尺寸一致。然后，激光束通過管5(在此實施例里也呈塑料管狀)被傳輸至輸出端。在輸出端上，管5按照輪廓6變形，因而在那里出來的激光束就具有這種相應(yīng)的輪廓。為使激光束聚焦到焊接平面8上，在從變形的端側(cè)端部14出來之后，激光束就射到一個聚焦的精密投影透鏡7上，從而在焊接平面8上形成了在圖1、2示出的輪廓9。
圖2以縮小比例示出了管5，該管具有圓形的端側(cè)端部13和變形的端側(cè)端部14，還示出了要相互連結(jié)的構(gòu)件，它具有透明的接縫部10和吸收光的接縫部11。
權(quán)利要求
1.借助激光束并按照基本呈平面的加熱輪廓的任何形狀來同時加熱材料的方法，其特征在于，該激光束(12)借助光學(xué)元件(2-4)在縱向上被耦合輸入一個對紅射線(IR)透明的管(5)的壁里，該管在輸出側(cè)(14)按照所希望的加熱輪廓(9)變形，所輸出的激光束接著借助一個聚焦的透鏡(7)被投影到加熱平面(8)上。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該激光束(12)借助該光學(xué)元件(2-4)被變形成環(huán)狀并被耦合輸入一個在輸入側(cè)(13)呈圓形的管(5)的壁里。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該激光束(12)借助一個軸向錐體透鏡(3)變?yōu)榄h(huán)形并接著借助一個聚焦的透鏡(4)被清晰聚焦在管(5)輸入側(cè)的端側(cè)(13)上。
4.按權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，塑料管被用作該管(5)，該輸出側(cè)(14)通過材料加熱而適應(yīng)于所需的焊接輪廓(9)。
5.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該管(5)的輸出輪廓(6)借助一個聚焦的透鏡(7)被清晰聚焦到該聚焦平面上。
6.按權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，該激光束由纖維激光器(1)產(chǎn)生。
7.借助激光束并按照基本是平面的加熱輪廓的任何形狀來同時加熱材料的裝置，其特征在于，設(shè)有一個光學(xué)組件(2-4)，該光學(xué)組件用于使激光束(1)成形并聚焦到一個透紅外射線(IR)的管狀光導(dǎo)(5)上，該光導(dǎo)在輸出側(cè)(14)按照所希望的加熱輪廓(9)變形，還設(shè)有一個隨后的裝置(7)用于將射出的激光束聚焦到加熱平面(8)上。
8.按權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，該管狀光導(dǎo)(5)的端部被拋光。
9.按權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，該管狀光導(dǎo)(5)在輸入側(cè)(13)是圓形的。
10.按權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，該光學(xué)組件具有一個軸向錐體透鏡(3)和一個用于將激光束(1)聚焦到該光導(dǎo)(5)的輸入側(cè)(13)上的聚焦透鏡(4)。
全文摘要
借助激光束并按照基本成平面的加熱輪廓的任何形狀來同時加熱材料且尤其是焊接塑料構(gòu)件的方法和裝置。為此，借助于適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)組件將激光束轉(zhuǎn)變成環(huán)形激光束并聚焦和耦合輸入到一個光導(dǎo)管的端側(cè)壁上。在輸出側(cè)，該管按照所希望的加熱輪廓變形，從而使輸出的激光束具有這種加熱輪廓。
文檔編號B23K26/04GK1583346SQ200410057870
公開日2005年2月23日 申請日期2004年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月21日
發(fā)明者陳杰偉 申請人:萊斯特加工技術(shù)公司